Untuk menggunakan logam secara efektif dalam berbagai desain, penting untuk mengetahui seberapa kuat logam tersebut. Kekerasan adalah karakteristik kualitas logam dan paduan yang paling sering dihitung. Ada beberapa metode untuk penentuannya: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artikel ini membahas metode Rockwell bersaudara.
Apa metodenya
Metode Rockwell adalah metode pengujian bahan untuk kekerasan. Untuk elemen yang diteliti, kedalaman penetrasi ujung keras indikator dihitung. Dalam hal ini, beban tetap sama untuk setiap skala kekerasan. Biasanya 60, 100 atau 150 kgf.
Indikator dalam penelitian ini adalah bola dari bahan tahan lama atau kerucut berlian. Mereka harus memiliki ujung runcing yang membulat dan sudut puncak 120 derajat.
Metode ini ternyata sederhana dan dapat direproduksi dengan cepat. Yang memberikan keunggulan dibandingkan metode lain.
Sejarah
Profesor peneliti Wina Ludwig pertama kali mengusulkan penggunaan indentor untuk penelitiankekerasan dengan menembus bahan dan menghitung kedalaman relatif. Metodenya dijelaskan dalam karya 1908 Die Kegelprobe.
Metode ini memiliki kekurangan. Saudara Hugh dan Stanley Rockwell mengusulkan teknologi baru yang menghilangkan kesalahan ketidaksempurnaan mekanis dari sistem pengukuran (serangan balik dan cacat permukaan, kontaminasi bahan dan suku cadang). Profesor menemukan penguji kekerasan - alat yang menentukan kedalaman penetrasi relatif. Itu digunakan untuk menguji bantalan bola baja.
Penentuan kekerasan logam dengan metode Brinell dan Rockwell patut mendapat perhatian dalam komunitas ilmiah. Tetapi metode Brinell lebih rendah - lambat dan tidak digunakan untuk baja yang dikeraskan. Dengan demikian, ini tidak dapat dianggap sebagai metode pengujian non-destruktif.
Pada bulan Februari 1919, alat uji kekerasan tersebut dipatenkan dengan nomor 1294171. Saat ini, keluarga Rockwell bekerja untuk sebuah perusahaan bantalan bola.
Pada bulan September 1919, Stanley Rockwell meninggalkan perusahaan dan pindah ke Negara Bagian New York. Di sana ia mengajukan aplikasi untuk perbaikan perangkat, yang diterima. Perangkat baru dipatenkan dan ditingkatkan pada tahun 1921.
Pada akhir tahun 1922, Rockwell mendirikan pabrik pengolahan panas yang masih beroperasi di Connecticut. Bagian dari Instron Corporation sejak 1993.
Kelebihan dan kekurangan metode
Setiap metode penghitungan kekerasan adalah unik dan dapat diterapkan di beberapa area. Metode kekerasan Brinell dan Rockwelldasar.
Ada beberapa keuntungan dari metode ini:
- kemungkinan eksperimen kekerasan tinggi;
- kerusakan permukaan kecil selama pengujian;
- metode sederhana yang tidak memerlukan pengukuran diameter lekukan;
- proses pengujian cukup cepat.
Kekurangan:
- dibandingkan dengan penguji kekerasan Brinell dan Vickers, metode Rockwell tidak cukup akurat;
- harus mempersiapkan permukaan sampel dengan hati-hati.
Struktur skala Rockwell
Untuk menguji kekerasan logam dengan metode Rockwell, hanya 11 skala yang telah diturunkan. Perbedaannya terletak pada rasio ujung dan beban. Ujungnya tidak hanya kerucut berlian, tetapi juga bola paduan karbida dan tungsten atau baja yang dikeraskan dalam bentuk bola. Tip yang diperbaiki dalam instalasi disebut pengidentifikasi.
Timbangan biasanya dilambangkan dengan huruf alfabet Latin: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Uji kekuatan dilakukan dengan timbangan utama - A, B, C:
- Skala A: pengujian dengan kerucut berlian dengan beban 60 kgf. Penunjukan - HRA. Pengujian tersebut dilakukan untuk bahan keras tipis (0,3-0,5 mm);
- Skala B: Uji bola baja 100 kgf. Penunjukan - HRB. Pengujian dilakukan pada baja ringan anil dan paduan non-besi;
- Skala C: uji kerucut 150 kgf. Penunjukan - HRC. Pengujian dilakukan untuk logam keras sedang, baja atau lapisan yang dikeraskan dan ditempa dengan ketebalan tidak lebih dari 0,5 mm.
Kekerasan menurut metodeRockwell biasanya dilambangkan HR dengan huruf ketiga dari skala (misalnya, HRA, HRC).
Rumus perhitungan
Kekerasan material mempengaruhi kedalaman penetrasi ujung. Semakin keras benda uji, semakin sedikit penetrasinya.
Untuk menentukan kekerasan suatu material secara numerik, diperlukan rumus. Koefisiennya tergantung pada skala. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran, seseorang harus menerima perbedaan relatif dalam kedalaman penetrasi indentor pada saat penerapan beban utama dan awal (10 kgf).
Metode pengukuran kekerasan Rockwell melibatkan penggunaan rumus: HR=N-(H-h)/s, di mana perbedaan H-h menunjukkan kedalaman penetrasi relatif indentor di bawah beban (awal dan utama), nilainya adalah dihitung dalam mm. N, s adalah konstanta, mereka bergantung pada skala tertentu.
Penguji kekerasan Rockwell
Hardness tester adalah alat untuk menentukan kekerasan logam dan paduan dengan metode Rockwell. Ini adalah perangkat dengan kerucut berlian (atau bola) dan bahan yang harus dimasukkan kerucut. Pemberat juga dipasang untuk menyesuaikan gaya tumbukan.
Indikator waktu ditampilkan. Prosesnya berlangsung dalam dua tahap: pertama, pengepresan dilakukan dengan kekuatan 10 kgf, kemudian lebih kuat. Untuk lebih menekan, kerucut digunakan, lebih sedikit, bola.
Bahan uji ditempatkan secara horizontal. Berlian diturunkan ke atasnya dengan tuas. Untuk penurunan yang mulus, perangkat menggunakan pegangan dengan peredam kejut oli.
Waktu muat utama biasanyaadalah 3 hingga 6 detik, tergantung pada bahannya. Preload harus dipertahankan sampai hasil tes tersedia.
Panah besar indikator bergerak searah jarum jam dan mencerminkan hasil percobaan.
Yang paling populer dalam praktiknya adalah model penguji kekerasan rockwell:
- Perangkat stasioner "Metrotest" model "ITR", misalnya, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH model Q150R.
- Perangkat otomatis stasioner TIME Group Inc model TH300.
Metodologi Tes
Penelitian membutuhkan persiapan yang matang. Saat menentukan kekerasan logam dengan metode Rockwell, permukaan sampel harus bersih, tanpa retak dan kerak. Penting untuk selalu memeriksa apakah beban diterapkan secara tegak lurus ke permukaan material, dan apakah itu stabil di atas meja.
Jejak saat mendorong kerucut harus setidaknya 1,5 mm, dan saat mendorong bola - lebih dari 4 mm. Untuk perhitungan yang efektif, sampel harus 10 kali lebih tebal dari kedalaman penetrasi indentor setelah pelepasan beban utama. Juga, setidaknya 3 tes dari satu sampel harus dilakukan, setelah itu hasilnya harus dirata-ratakan.
Langkah uji
Agar eksperimen memiliki hasil positif dan kesalahan kecil, Anda harus mengikuti urutan perilakunya.
Tahapan percobaan metode penentuan kekerasan denganRockwell:
- Tentukan pilihan skala.
- Instal indentor yang diperlukan dan muat.
- Lakukan dua tes (tidak termasuk dalam hasil) cetakan untuk memperbaiki pemasangan perangkat dan sampel.
- Letakkan blok referensi pada tabel instrumen.
- Uji beban awal (10 kgf) dan setel ulang timbangan.
- Terapkan beban utama, tunggu hasil maksimal.
- Hapus beban dan baca nilai yang diterima pada dial.
Peraturan mengizinkan pengujian satu sampel saat menguji produk massal.
Yang akan mempengaruhi akurasi
Saat melakukan tes apa pun, penting untuk mempertimbangkan banyak faktor. Deteksi kekerasan Rockwell juga memiliki karakteristiknya sendiri.
Faktor yang harus diperhatikan:
- Ketebalan benda uji. Dilarang oleh aturan eksperimen untuk menggunakan sampel yang kurang dari sepuluh kali kedalaman penetrasi tip. Artinya, jika kedalaman penetrasi 0,2 mm, maka ketebalan material minimal harus 2 cm.
- Harus ada jarak antara cetakan pada sampel. Ini adalah tiga diameter antara pusat cetakan dekat.
- Seseorang harus memperhitungkan kemungkinan perubahan hasil percobaan pada dial, tergantung pada posisi peneliti. Artinya, pembacaan hasil harus dilakukan dari satu sudut pandang.
Sifat mekanis dalam pengujiankekuatan
Menghubungkan dan mengeksplorasi karakteristik kekuatan material dan hasil pengujian kekerasan dengan metode kekerasan Rockwell diperoleh oleh ilmuwan material seperti Davidenkov N. N., Markovets M. P. dan lain-lain.
Menurut hasil uji kekerasan lekukan, metode untuk menghitung kekuatan luluh diterapkan. Hubungan ini dihitung untuk baja tahan karat krom tinggi yang telah mengalami beberapa perlakuan panas. Nilai deviasi rata-rata, saat menggunakan indentor berlian, hanya +0,9%.
Penelitian juga sedang dilakukan untuk menentukan sifat mekanik lain dari bahan yang berhubungan dengan kekerasan. Misalnya, kekuatan tarik (atau kekuatan tarik), ketahanan patah yang sebenarnya dan kontraksi relatif.
Metode alternatif untuk menentukan kekerasan
Mengukur kekerasan tidak hanya dapat dilakukan dengan metode Rockwell. Pertimbangkan poin utama dari setiap metode dan perbedaannya. Uji beban statis:
- Studi sampel. Metode Rockell dan Vickers memungkinkan untuk menguji bahan yang relatif lunak dan berkekuatan tinggi. Metode Brinell dirancang untuk mempelajari logam yang lebih lunak dengan kekerasan hingga 650 HBW. Metode Super-Rockwell memungkinkan pengujian kekerasan pada beban rendah.
- GOST. Metode Rockwell sesuai dengan GOST 9013-59, metode Brinell - 9012-59, metode Vickers - 2999-75, metode Shor - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometer. Perangkat peneliti Rockwell dan Shore sederhanadigunakan dan ukuran kecil. Peralatan Vickers memungkinkan pengujian pada spesimen yang sangat tipis dan kecil.
Eksperimen di bawah tekanan dinamis dilakukan sesuai dengan metode Martel, Poldi, menggunakan uji benturan vertikal Nikolaev, perangkat pegas Schhopper dan Bauman, dan lainnya.
Kekerasan juga dapat diukur dengan menggaruk. Tes semacam itu dilakukan menggunakan file Barb, Monters, Hankins, mikrokarakterisasi Birbaum, dan lainnya.
Meskipun memiliki kekurangan, metode Rockwell banyak digunakan untuk pengujian kekerasan di industri. Ini mudah dilakukan, terutama karena fakta bahwa tidak perlu mengukur cetakan di bawah mikroskop dan memoles permukaannya. Tetapi pada saat yang sama, metode ini tidak seakurat studi Brinell dan Vickers yang diusulkan. Kekerasan, diukur dengan cara yang berbeda, memiliki ketergantungan. Artinya, satuan efektif Rockwell dapat diubah menjadi satuan Brinell. Di tingkat legislatif, ada peraturan seperti ASTM E-140 yang membandingkan nilai kekerasan.
